1· 猜想,半導體是介於導體和絕緣體之間的電介質,開關是否像燈泡開關一樣,半導體作為開關是如何控制的,又是為什麼可以作為開關。
2· 首先需要解決半導體和二極體、三極體和
mos管的關係。
書上說半導體材料是「矽」「鍺」它們都是第4
主族元素,外層有
4個電子,鍺是金屬元素,知道第
4主族的元素容易形成晶體結合成
8個電子的穩定結構,而為什麼會使電子運動形成半導體呢?書上說在零下
273攝氏度的情況下,晶體結構是穩定的,而常溫下容易形成不穩定的價電子,也就是說,共價的電子容易發生移動,這麼說,如果電子容易移動,這就不會形成穩定的晶體了。查資料看共
4個電子的晶體碳、矽和鍺形成了什麼?書上說在常溫下,在電場力的作用下,純淨的晶體半導體(稱為本徵半導體)容易把共價的電子形成自由電子,這就是這些半導體形成的原因,那麼說他們共同的
8個電子,只有幾個可以形成自由電子,才形成半導體的吧。自由電子移動後形成的空位叫做空穴,在電場的作用下,電子不斷的失去和填補空穴而形成電荷的移動,從而形成了半導體。
根據以上分析,純淨的半導體導電性能是比較差的,為了提高導電性能而加入雜質(那麼我想,想要提高導電性能為什麼不直接使用金屬導體呢 ,猜想是要把導電性控制到金屬和本徵半導體之間),那麼摻入什麼雜質合適呢?書上說的是加入外層3
個電子的硼和外層
5個電子的磷,之後會有什麼效果呢?猜想如果加入硼會少乙個電子,不容易形成穩定的結構,那麼會有電子來補充形成半導體,如果加入磷,會多乙個電子,電子的移動形成半導體。
書上說,由於加入磷後形成乙個自由電子的移動,電子帶負電(negative electricity
)所以叫
n型半導體,由於加入硼後少乙個電子,空穴帶正電(
positive electricity
),所以稱為
p型半導體。那麼二極體和三極體還有
mos管是如何形成的呢?
3· 製成了兩種含雜質的半導體有什麼用,可以作為開關使用嗎?只能限制電流的流通,不能作為開關啊,除非是電流小斷開,電流大關閉,可是半導體不能調節電流,那麼半導體開關指的是什麼呢?書上說的是把
p型半導體和
n型放在一起使用,那麼,多乙個電子的
n型半導體的電子會向
p型少乙個電子的半導體運動,那麼就會形成由n到
p的電子運動,利用這一點,書上說
pn形成的半導體具有單向導電性,猜想,如果外加電壓也是讓電子由
n型跑到
p型,則會導通,也就是說
n型一端加負電壓,
p型一端加正向電壓,半導體內外電壓方向一致就會導通,反之,如果
p型加負電壓,
n型加正電壓,會導致半導體內外電壓相反,則會不導通,難道是用這個方式來形成開關的嗎?如果是利用這個來做開關,對於直流電來說,要麼導通要麼不導通,對於交流電來說,方向不停地變,不會作為開關,那麼作為開關的半導體是什麼呢?
4· 由
pn型半導體構成的叫做二極體,分析
pn型二極體的伏安特性:(
1)外電場和內電場一致:當外電場非常小的時候,電流很小,外電場幾乎不發生作用,當外電場較大的時候電流立即增大,呈現指數規律增大,為了保護二極體,所加的外電壓通常為乙個固定的值,矽為
0.7v
,鍺為0.2v,(2
)外電場和內電場反向的時候,如果外電場較小於內電場,會處於不導通狀態,如果外電場很大,會擊穿內電場造成二極體的損壞。 可見,無論是正向還是反向的外電場,在外電場較大的時候都會造成二極體的損壞,所以,使用二極體的時候,兩端要加上固定大小的正向電壓。(猜想:二極體利用加上固定的小電壓來導通,利用反向小電壓來不導通,是利用這個特性來作為開關的嗎?)
5· 二極體是由
pn型半導體形成,那麼三極體是由什麼組成的呢?書上說用兩個
pn型半導體組合在一起就形成了三極體。猜想會有兩種三極體,兩個
n型半導體,中間
p型半導體,還有兩個
p型半導體,中間
n型半導體。對兩種型別的三極體分別進行分析:對於
pnp型的三極體,
p型半導體少乙個電子,
n型半導體多乙個電子,如果用
pnp型三極體,則中間的電子會往兩邊
p型的移動,那麼就形成了兩個反方向的內電場,此時如果加乙個方向的外電場,則會有乙個方向相同,有乙個方向相反,也就是說乙個是電流呈現指數變大,另乙個呈現不導通狀態,經過分析可以知道,如果把
pnp型半導體或者
npn型半導體的兩端接在電源兩端,則會有一端不導通,另一端電流放大,由於為導通,最終的結果是電路無導通,可見三極體不能直接將電源接在兩側,那麼電源的兩端應該接在**?如果利用
pn型的特性來接,顯然是行不通的,那麼該如何接三極體的三個半導體和電源的兩極?
6· 看書上的接線我覺得很神奇,因為按照我的分析來說,乙個電路迴路是按二極體的正常接法,另乙個是不導通的接法,現在看書上的分析。
結論是:i(3)=i(1)+i(2);
當管子製成以後,i(
2)和i(
1)的比例是確定的,稱為電流的放大係數;
i(3)=i(1)+i(2)
在這裡,有反向電壓,為什麼沒有發揮二極體的不導通作用,書上是這樣說的(集電結加反向電壓且截面積較大),即使這樣解釋,三極體只有電流的放大作用,怎麼可以作為開關的作用呢?
5 ·那什麼是
mos管呢?書上說
mos管類似於三極體,比三極體的效能要高出很多,好吧。。。
6 ·通過上面的分析可以知道,二極體有單向導電性,可以根據電流方向來作為導通或者不導通的電路開關,而三極體只有電流放大作用,如何作為開關使用呢?
書上這樣說的,當v1
非常小的時候,i(
1)約為0,
i(2)是
i(1)的倍數,因此i(
2)也是約為
0,此時相當於三極體斷開,當
v1增大使i(
1)不為
0的時候,i(
2)也開始有放大電流,此時相當於三極體的閉合。那麼根據這說法,二極體利用了單向導電性來體現開關的特性,三極體使用左邊的控制電壓來體現三極體的開關特性。
7 ·總結:二極體和三極體都屬於含兩種雜質的半導體器件,
mos管是效能較高的三極體,二極體利用單向導電性來作為開關,三極體利用一端電路電壓來控制另一端的開關特性。
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